JP2019009878A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルや端子等の部品点数を削減することが可能な無停電電源装置を提供する。
【解決手段】このゲート駆動回路１０は、コンバータ回路１とインバータ回路２とバイパス回路４と、エコモード給電とインバータ給電回路とを切り替える、順方向サイリスタ１１および逆方向サイリスタ１２と、入力電源１０１の相間電圧に基づいて相間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖ、Ｓ１１ｖｗおよびＳ１１ｗｕを出力する制御回路２２と、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、順方向サイリスタ１１を動作させる順方向ゲート指令信号Ｓ１と、順方向ゲート指令信号Ｓ１の通電期間と通電期間がオーバーラップする逆方向サイリスタ１２を動作させる逆方向ゲート指令信号Ｓ２とを出力するゲート指令信号出力部３０とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタが複数の相の各々に設けられている無停電電源装置に関する。

従来、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタが複数の相の各々に設けられている無停電電源装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、商用電源の３相の各相に設けられた順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタを備える無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置には、各サイリスタを動作させるゲート指令信号を生成するゲート駆動回路が設けられている。そして、このゲート駆動回路は、サイリスタを導通可能にする導通期間が半サイクル区間よりも前後にそれぞれ電気角３０度分延長されたゲート指令信号を出力するように構成されている。これにより、上記特許文献１の無停電電源装置では、導通期間が延長されることにより、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタの両方が導通可能となる期間（通電期間のオーバーラップする期間）が電気角６０度分設けられる。

ここで、上記特許文献１のような無停電電源装置では、ゲート指令信号を生成する制御回路と、ゲート指令信号の電圧値をサイリスタに入力するための電圧値に変換するためのパルストランスとが設けられている。そして、制御回路は、サイリスタからのノイズの影響を小さくするために、サイリスタから離間した第１の基板に配置される。パルストランスは、パルストランスとサイリスタとの距離を比較的小さくするために、制御回路よりもサイリスタ側に配置された第２の基板に配置される。そして、第１の基板と第２の基板とは、ケーブルを介して接続される。この場合、ケーブルは、ゲート指令信号の数分の本数（たとえば、６本）が必要になるとともに、制御回路の出力端子は少なくとも６つ必要となる。

特許第３５６４４７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の無停電源装置では、ゲート指令信号の数分の本数のケーブルが必要になるとともに、制御回路の出力端子が少なくとも６つ必要となるため、無停電電源装置の部品点数の削減が望まれていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ケーブルや端子等の部品点数を削減することが可能な無停電電源装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による無停電電源装置は、複数の相を有する入力電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路からの直流電力またはバッテリーからの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、入力電源と負荷とを接続するバイパス回路と、バイパス回路の複数の相の各々に設けられ、入力電源からの交流電力の電圧変動に基づいて、入力電源およびインバータ回路のうちの少なくとも入力電源による給電と、インバータ回路による給電とを切り替える、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタと、入力電源の相間電圧に基づいて相間極性パルス信号を出力する相間極性パルス信号出力部と、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、順方向サイリスタを動作させる順方向ゲート指令信号と、順方向ゲート指令信号の通電期間と通電期間がオーバーラップする逆方向サイリスタを動作させる逆方向ゲート指令信号とを出力するゲート指令信号出力部とを備える。

この発明の一の局面による無停電電源装置では、上記のように、ゲート指令信号出力部を、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、順方向サイリスタを動作させる順方向ゲート指令信号と、順方向ゲート指令信号とオーバーラップする期間を有し逆方向サイリスタを動作させる逆方向ゲート指令信号とを出力するように構成する。これにより、相間極性パルス信号出力部が配置される基板と、ゲート指令信号出力部が配置される基板とを、相間極性パルス信号の数分（ゲート指令信号の半分の数）の本数のケーブルにより接続することができる。その結果、ケーブルの本数および相間極性パルス信号出力部の出力端子を削減することができるので、無停電電源装置の部品点数を削減することができる。また、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とは、通電期間の位相が互いに電気角の略６０度分ずれるため、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、互いに通電期間が電気角の略６０度分オーバーラップする順方向ゲート指令信号と逆方向ゲート指令信号とを生成することができる。その結果、通電期間がオーバーラップする期間では、順方向サイリスタまたは逆方向サイリスタがリップルを遮らずに（失弧せずに）、リップルを通過させることができるので、順方向サイリスタまたは逆方向サイリスタの失弧に起因する電流または電圧の歪みの発生を抑制することができる。

上記一の局面による無停電電源装置において、好ましくは、ゲート指令信号出力部は、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号との論理和である第１論理和信号に基づいて、順方向ゲート指令信号を出力するとともに、一の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号と他の相間極性パルス信号との論理和である第２論理和信号に基づいて、逆方向ゲート指令信号を出力する。このように構成すれば、第１論理和信号および第２論理和信号は、相間極性パルス信号の通電期間が電気角略６０度分延長された信号と同一の長さの期間となるので、第１論理和信号および第２論理和信号を生成することにより、順方向サイリスタまたは逆方向サイリスタが失弧するのを抑制することが可能な順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号を容易に出力することができる。

上記一の局面による無停電電源装置において、好ましくは、所定の周波数の出力パルス信号を出力する発振器をさらに備え、ゲート指令信号出力部は、第１論理和信号と出力パルス信号との論理積を、順方向ゲート指令信号として出力するとともに、第２論理和信号と出力パルス信号との論理積を、逆方向ゲート指令信号として出力する。このように構成すれば、順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号を出力パルス信号に応じたパルス列として出力する場合にも、順方向サイリスタまたは逆方向サイリスタが失弧するのを抑制することが可能な順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号を容易に出力することができる。

上記一の局面による無停電電源装置において、好ましくは、インバータ回路は、負荷に出力される出力電力の力率が入力電源からの交流電力よりも大きくなるように、入力電源からの交流電力に無効電力を重畳させるように構成されており、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタは、順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号に基づいて、略無瞬断で、少なくとも入力電源による給電からインバータ回路による給電に切り替える。このように構成すれば、順方向サイリスタまたは逆方向サイリスタが失弧するのを抑制しながら、負荷への電力の供給を停止することなく、少なくとも入力電源による給電からインバータ回路による給電に切り替えることができる。なお、本願明細書では、「略無瞬断」とは、たとえば、力率が０．９以上の状態で、電力の供給が切り換えられることを意味し、力率が１の状態で切り替えること以外も含む広い概念を意味するものとして記載している。

上記一の局面による無停電電源装置において、好ましくは、相間極性パルス信号出力部は、第１の基板に設けられており、ゲート指令信号出力部は、第１の基板とは別個に設けられた第２の基板に設けられており、第１の基板と第２の基板との間を接続するとともに、相間極性パルス信号を伝達するケーブルをさらに備える。このように構成すれば、１の基板と第２の基板とを離間して配置した場合でも、ケーブルを用いて相間極性パルス信号を容易に第２の基板に伝達させることができる。

本発明によれば、上記のように、ケーブルや端子等の部品点数を削減することができる。

本発明の一実施形態による無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無停電電源装置のエコモード給電とインバータ給電とを説明するための図である。 本発明の一実施形態による無停電電源装置のサイリスタ回路の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態による無停電電源装置のゲート駆動回路の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態による無停電電源装置の順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号の生成を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態による無停電電源装置のゲートパルス生成回路の論理回路図である。 本発明の一実施形態による無停電電源装置のゲートパルス生成回路の電気回路図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（無停電電源装置の全体構成）
図１および図２を参照して、一実施形態による無停電電源装置１００（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）の構成について説明する。

無停電電源装置１００は、たとえば、コンピュータ等の重要負荷の電源装置として構成されている。すなわち、無停電電源装置１００は、入力電源１０１（たとえば、商用電源）が停電または入力電源１０１の相間で短絡が生じた場合であっても、バッテリー１０２からの電力を用いて、負荷１０３への電力供給を継続するように構成されている。

図１に示すように、無停電電源装置１００は、コンバータ回路１と、インバータ回路２と、チョッパ回路３と、バイパス回路４と、切替制御部５とを備える。そして、バイパス回路４には、サイリスタ回路１０が設けられている。ここで、本実施形態では、サイリスタ回路１０は、バイパス回路４の複数の相の各々に設けられ、入力電源１０１からの交流電力の電圧変動に基づく切替制御部５の指令に応じて、入力電源１０１およびインバータ回路２のうちの少なくとも入力電源１０１による給電（図２（ａ）のエコモード給電）と、インバータ回路２による給電（図２（ｂ）のインバータ給電）とを切り替える順方向サイリスタ１１と、逆方向サイリスタ１２とを含む。なお、エコモード給電は、バイパス回路４を用いるため、コンバータ回路１等を経由しない分、無停電電源装置１００の消費電力が低減されている。

コンバータ回路１は、複数の相（たとえば、３相）を有する入力電源１０１からの交流電力を直流電力に変換するように構成されている。具体的には、コンバータ回路１は、入力電源１０１とバッテリー１０２との間で、かつ、入力電源１０１とインバータ回路２との間に配置されている。

インバータ回路２は、コンバータ回路１からの直流電力、または、チョッパ回路３を介したバッテリー１０２からの直流電力を交流電力に変換するように構成されている。具体的には、インバータ回路２は、コンバータ回路１と負荷１０３との間で、かつ、チョッパ回路３と負荷１０３との間に配置されている。また、インバータ回路２は、バイパス回路４とサイリスタ回路１０の出力側で接続されている。

そして、インバータ回路２は、エコモード給電の際に、負荷１０３に出力される出力電力の力率が入力電源１０１からの交流電力よりも大きくなるように、入力電源１０１からの交流電力に無効電力を重畳させるように構成されている。また、インバータ回路２は、インバータ給電の際に、入力電源１０１が停電していない場合は、コンバータ回路１からの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を負荷１０３に供給するように構成されている。また、インバータ回路２は、インバータ給電の際に、入力電源１０１が停電している場合は、チョッパ回路３（バッテリー１０２）からの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を負荷１０３に供給するように構成されている。

チョッパ回路３は、コンバータ回路１とインバータ回路２との間に接続されている。また、チョッパ回路３は、コンバータ回路１とバッテリー１０２との間に配置されているとともに、インバータ回路２とバッテリー１０２との間に配置されている。そして、チョッパ回路３は、コンバータ回路１からの直流電力をバッテリー１０２の充電に適した電圧値に変換してバッテリー１０２に供給するとともに、バッテリー１０２から放電された直流電力の電圧値を昇圧して、インバータ回路２に供給するように構成されている。

バイパス回路４は、コンバータ回路１、インバータ回路２およびチョッパ回路３を経由せずに、入力電源１０１と負荷１０３とを接続する回路として構成されている。

サイリスタ回路１０は、３相の各相において、順方向サイリスタ１１と逆方向サイリスタ１２とが逆並列に接続されている。具体的には、図３に示すように、順方向サイリスタ１１は、Ｕ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕに基づいて動作するＵ相順方向サイリスタ１１ｕと、Ｖ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｖに基づいて動作するＶ相順方向サイリスタ１１ｖと、Ｗ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｗに基づいて動作するＷ相順方向サイリスタ１１ｗとを含む。

逆方向サイリスタ１２は、Ｕ相順方向サイリスタ１１ｕに逆並列に接続されＵ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕに基づいて動作するＵ相逆方向サイリスタ１２ｕと、Ｖ相順方向サイリスタ１１ｖに逆並列に接続されＶ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｖに基づいて動作するＶ相逆方向サイリスタ１２ｖと、Ｗ相順方向サイリスタ１１ｗに逆並列に接続されＷ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｗに基づいて動作するＷ相逆方向サイリスタ１２ｗとを含む。なお、以下の説明では、Ｕ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕ、Ｖ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｖ、および、Ｗ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｗを区別しない場合には、順方向ゲート指令信号Ｓ１として、Ｕ相逆方向サイリスタ１２ｕ、Ｖ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｖ、および、Ｗ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｗを区別しない場合には、逆方向ゲート指令信号Ｓ２として記載する。

（サイリスタ回路の制御に関する構成）
図３および図４に示すように、切替制御部５は、順方向ゲート指令信号Ｓ１、および、逆方向ゲート指令信号Ｓ２をサイリスタ回路１０に伝達することにより、サイリスタ回路１０を駆動させるゲート駆動回路２０を含む。また、ゲート駆動回路２０は、入力電源１０１の電圧変動を取得する電圧検出部２１を含む。そして、ゲート駆動回路２０は、電圧検出部２１により取得された電圧変動の大きさが所定のしきい値以内の場合には、エコモード給電を行うとともに、電圧変動の大きさが所定のしきい値を超えた場合には、エコモード給電からインバータ給電に切り替えるように、サイリスタ回路１０の動作を制御するように構成されている。

ここで、本実施形態では、サイリスタ回路１０は、順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２に基づいて、略無瞬断で、入力電源１０１による給電（エコモード給電）からインバータ回路２による給電（インバータ給電）に切り替えるように構成されている。なお、本実施形態では、「略無瞬断」とは、たとえば、力率が０．９以上の状態で、エコモード給電からインバータ給電に切り替えられることを意味するものとして記載している。

具体的には、インバータ回路２は、無瞬断に給電を切り替えるために、インバータ回路２の出力電圧が入力電源１０１の電圧と同期されている。すなわち、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、インバータ回路２は、負荷１０３に出力される出力電力の力率を入力電源１０１からの交流電力よりも大きくなるように、入力電源１０１からの交流電力に無効電力を重畳させるように構成されている。好ましくは、インバータ回路２は、入力電源１０１からの交流電力に無効電力を重畳させて力率を略１（０．９以上１以下）にするように構成されている。より好ましくは、インバータ回路２は、無効電力の重畳に加えリップル等をフィルタリングする、アクティブフィルタ動作を行うように構成されている。なお、図５（ａ）のＶｕは、Ｕ相の相電圧を示し、Ｉｕは、Ｕ相の相電流を示している。また、図５では、Ｕ相に関するタイミングチャートを示しているが、Ｖ相およびＷ相においても、Ｕ相と同様である。

また、ゲート駆動回路２０は、リプルを発生させる負荷１０３に対して給電を行う場合に、サイリスタ回路１０が失弧して、バイパス回路４に流れる電流や負荷１０３に印加される電圧を歪ませないように構成されている。すなわち、本実施形態では、ゲート駆動回路２０は、順方向ゲート指令信号Ｓ１（図５（ｉ）参照）と、順方向ゲート指令信号Ｓ１の通電期間と通電期間がオーバーラップする逆方向ゲート指令信号Ｓ２（図５（ｋ）参照）とを出力するように構成されている。

具体的には、ゲート駆動回路２０は、順方向ゲート指令信号Ｓ１を、相電圧（図５（ａ）参照）の立上りのゼロクロス時点の電気角３０度（以下、単に「３０度」）前から立下りのゼロクロス時点の３０度後までを点弧する期間（導通期間）とし、逆方向ゲート指令信号Ｓ２を、相電圧の立下りのゼロクロス時点の３０度前から立上りのゼロクロス時点の３０度後までを点弧する期間（導通期間）とする。これにより、相電圧のゼロクロス時点の±３０度の期間（６０度の期間）がオーバーラップする期間となり、この期間中の相（サイリスタ回路１０）は、順方向および逆方向のいずれの方向にも電流が通過可能となる。

なお、オーバーラップする期間を６０度よりも大きく構成した場合では、Ｕ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕ、Ｕ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕ、Ｖ相順方向ゲート指令信号Ｓ１ｖ、および、Ｖ相逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｖが同時に通電される期間が発生する。この場合に、サイリスタ回路の入力電源側で短絡が生じた場合、短絡した回路を介して、インバータ回路が短絡してしまう期間が生じるため、この期間では、エコモード給電からインバータ給電に切り替えることができない。この点に対して、本実施形態の無停電電源装置１００では、オーバーラップする期間が電気角６０度となるため、いずれの期間においてもインバータ回路２が短絡せずに、略無瞬断で、エコモード給電からインバータ給電に切り替えることが可能である。

（ゲート指令信号の出力に関する構成）
図４に示すように、ゲート駆動回路２０は、電圧検出部２１と、制御回路２２と、発振器２３と、ゲート指令信号出力部３０と含む。また、本実施形態では、ゲート駆動回路２０は、制御基板４１と、制御基板４１と別個に設けられたゲート指令基板４２とを備える。そして、ゲート駆動回路２０は、制御基板４１とゲート指令基板４２とを接続するケーブル４３と、ゲート指令基板４２とサイリスタ回路１０とを接続するケーブル４４とを備える。なお、制御回路２２は、特許請求の範囲の「相間極性パルス信号出力部」の一例である。また、制御基板４１は、特許請求の範囲の「第１の基板」の一例である。また、ゲート指令基板４２は、特許請求の範囲の「第２の基板」の一例である。

制御基板４１には、電圧検出部２１および制御回路２２が設けられている。ゲート指令基板４２には、発振器２３とゲート指令信号出力部３０とが設けられている。そして、制御基板４１は、サイリスタ回路１０からゲート指令基板４２よりも離れて配置されている。すなわち、ゲート指令基板４２は、制御基板４１よりもサイリスタ回路１０側に配置されている。これにより、制御基板４１がサイリスタ回路１０から離間している分、サイリスタ回路１０の動作に伴うノイズの影響を抑制することが可能になる。また、ゲート指令基板４２がサイリスタ回路１０に比較的近い位置に配置される分、順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２の波形が崩れない状態で、サイリスタ回路１０に伝達することができる。

電圧検出部２１は、図４に示すように、入力電源１０１に接続されており、各相間電圧（線間電圧）を検出するように構成されている。具体的には、電圧検出部２１は、ＵＶ間電圧Ｖｕｖ、ＶＷ間電圧Ｖｖｗ、および、ＷＵ間電圧Ｖｗｕを取得するとともに、取得した電圧の情報を制御回路２２に伝達するように構成されている。なお、ＵＶ間電圧Ｖｕｖ、ＶＷ間電圧Ｖｖｗ、および、ＷＵ間電圧Ｖｗｕは、略正弦波であり、互いに位相が電気角６０度分進むか、または、遅れた波形を有する。

制御回路２２は、ＵＶ間電圧Ｖｕｖ、ＶＷ間電圧Ｖｖｗ、および、ＷＵ間電圧Ｖｗｕに基づいて、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖ、ＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗ、および、ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕを生成するように構成されている。たとえば、制御回路２２は、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、ＵＶ間電圧Ｖｕｖの電圧値が正となる期間を通電期間（ハイレベル）として、ＵＶ間電圧Ｖｕｖの電圧値が負となる期間を切断期間（ローレベル）として、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖを生成するように構成されている。

そして、図４に示すように、制御回路２２は、３つの出力端子（Ｉ／Ｏポート）からケーブル４３を介して、ゲート指令信号出力部３０にＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖ、ＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗ、および、ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕを出力するように構成されている。

ここで、本実施形態では、ゲート指令信号出力部３０は、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、順方向サイリスタ１１を動作させる順方向ゲート指令信号Ｓ１と、逆方向サイリスタ１２を動作させる逆方向ゲート指令信号Ｓ２とを出力するように構成されている。そして、逆方向ゲート指令信号Ｓ２の通電期間は、順方向ゲート指令信号Ｓ１の通電期間とオーバーラップするように構成されている。

そして、本実施形態では、ゲート指令信号出力部３０は、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号（論理否定信号）との論理和である論理和信号Ｓ３１、Ｓ３３およびＳ３５に基づいて、順方向ゲート指令信号Ｓ１を出力するとともに、一の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号と他の相間極性パルス信号との論理和である論理和信号Ｓ３２、Ｓ３４およびＳ３６に基づいて、逆方向ゲート指令信号Ｓ２を出力するように構成されている。

詳細には、ゲート指令信号出力部３０には、ゲートパルス生成回路３１と、パルストランス駆動回路３２と、パルストランス３３とが設けられている。

図６に示すように、ゲートパルス生成回路３１は、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖの論理否定信号Ｓ１２ｕｖ（レベルが反転された信号）を出力するＮＯＴゲートＧ１１と、ＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗの論理否定信号Ｓ１２ｖｗを出力するＮＯＴゲートＧ１２と、ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕの論理否定信号Ｓ１２ｗｕを出力するＮＯＴゲートＧ１３とを含む。

そして、ゲートパルス生成回路３１には、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖとＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕの論理否定信号Ｓ１２ｗｕとの論理和信号Ｓ３１を出力するＯＲゲートＧ２１と、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖの論理否定信号Ｓ１２ｕｖとＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕとの論理和信号Ｓ３２を出力するＯＲゲートＧ２２と、ＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗとＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖの論理否定信号Ｓ１２ｕｖとの論理和信号Ｓ３３を出力するＯＲゲートＧ２３と、ＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗの論理否定信号Ｓ１２ｖｗとＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖとの論理和信号Ｓ３４を出力するＯＲゲートＧ２４と、ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕとＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗの論理否定信号Ｓ１２ｖｗとの論理和信号Ｓ３５を出力するＯＲゲートＧ２５と、ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕの論理否定信号Ｓ１２ｗｕとＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗとの論理和信号Ｓ３６を出力するＯＲゲートＧ２６とが設けられている。

ここで、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖ（図５（ｃ））は、論理否定信号Ｓ１２ｗｕ（図５（ｇ））に対して電気角６０度進んだ波形となる。そして、ＵＶ間電圧Ｖｕｖ（ＵＶ極性パルス信号Ｓ２０ｕｖ）は、Ｕ相電圧Ｖｕ（図５（ａ））に対して電気角３０度進んだ波形となる。したがって、論理和信号Ｓ３１（図５（ｈ））は、Ｕ相電圧Ｖｕの立上りのゼロクロス時点よりも３０度分前からハイレベル（通電期間）となる（３０度分延長される）とともに、Ｕ相電圧Ｖｕの立下りのゼロクロス時点よりも３０度分後までハイレベルとなる（３０度分延長される）。論理和信号Ｓ３２（図５（ｊ））は、論理和信号Ｓ３１と同様に、Ｕ相電圧Ｖｕの立下りのゼロクロス時点よりも３０度分前からハイレベルとなる（３０度分延長される）とともに、Ｕ相電圧Ｖｕの立上りのゼロクロス時点よりも３０度分後までハイレベルとなる（３０度分延長される）。なお、論理和信号Ｓ３３〜Ｓ３６についても、同様に、対応する相電圧の前後３０度分延長された波形となる。

これにより、論理和信号Ｓ３１と論理和信号Ｓ３２とは、互いに６０度分オーバーラップする期間を有する。論理和信号Ｓ３３と論理和信号Ｓ３４とは、互いに６０度分オーバーラップする期間を有する。論理和信号Ｓ３５と論理和信号Ｓ３６とは、互いに６０度分オーバーラップする期間を有する。

図６に示すように、本実施形態では、発振器２３は、所定の周波数の出力パルス信号Ｓ２０を出力するように構成されている。所定の周波数は、たとえば、順方向サイリスタ１１または逆方向サイリスタ１２を点弧するのに十分なパルス幅で、かつ、パルストランス３３を飽和させないパルス幅となる周波数（たとえば、１０ｋＨｚ）に設定されている。

そして、ゲートパルス生成回路３１には、論理和信号Ｓ３１と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４１を出力するＡＮＤゲートＧ３１と、論理和信号Ｓ３２と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４２を出力するＡＮＤゲートＧ３２と、論理和信号Ｓ３３と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４３を出力するＡＮＤゲートＧ３３と、論理和信号Ｓ３４と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４４を出力するＡＮＤゲートＧ３４と、論理和信号Ｓ３５と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４５を出力するＡＮＤゲートＧ３５と、論理和信号Ｓ３６と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４６を出力するＡＮＤゲートＧ３６とが設けられている。

図４に示すように、ゲートパルス生成回路３１は、論理積信号Ｓ４１〜Ｓ４６をパルストランス駆動回路３２に伝達するように構成されている。そして、パルストランス駆動回路３２は、論理積信号Ｓ４１〜Ｓ４６のそれぞれに対応して、パルストランス３３の一次巻線側に電流を流すことにより、パルストランス３３の２次巻線側から順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２（ゲート駆動信号）が出力される。そして、パルストランス３３は、ケーブル４４を介して、サイリスタ回路１０に、順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２を伝達するように構成されている。

より具体的には、図７に示すように、ゲートパルス生成回路３１は、たとえば、トランジスタアレイと、複数のダイオードとを含む。たとえば、ゲートパルス生成回路３１には、論理積信号Ｓ４１およびＳ４２の生成のために、トランジスタＴ１〜Ｔ９、および、ダイオードＤ１およびＤ２が設けられている。また、ゲートパルス生成回路３１の論理積信号Ｓ４３〜Ｓ４６の生成のための構成は、論理積信号Ｓ４１およびＳ４２の生成のための構成と同様であるため、説明を省略する。

トランジスタＴ１〜Ｔ９は、それぞれ、回路用電源電圧Ｖｃｃが印加されている。トランジスタＴ１およびＴ８のベースは、発振器２３に接続されており、トランジスタＴ１およびＴ８のベースに出力パルス信号Ｓ２０が入力される。トランジスタＴ３のベースは、制御回路２２に接続されており、ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕが入力される。トランジスタＴ６のベースは、制御回路２２に接続されており、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖが入力される。そして、トランジスタＴ４のベースは、トランジスタＴ３のコレクタに接続されている。トランジスタＴ５のベースは、トランジスタＴ４のコレクタおよびトランジスタＴ６のコレクタに接続されている。トランジスタＴ７のベースは、ダイオードＤ１を介して、トランジスタＴ３のコレクタに接続されているとともに、ダイオードＤ２を介して、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖが入力される。トランジスタＴ２のベースは、トランジスタＴ１のコレクタおよびトランジスタＴ５のコレクタが接続されている。トランジスタＴ９のベースは、トランジスタＴ７のコレクタおよびトランジスタＴ８のコレクタが接続されている。そして、トランジスタＴ２のコレクタのレベルが反転されて、ゲートパルス生成回路３１から論理積信号Ｓ４１が出力される。また、そして、トランジスタＴ９のコレクタのレベルが反転されて、ゲートパルス生成回路３１から論理積信号Ｓ４２が出力される。

（ゲート指令信号出力部の動作）
次に、図４および図７を参照して、ゲート指令信号出力部３０の動作について説明する。なお、順方向ゲート指令信号Ｓ１ｖおよびＳ１ｗと、逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｖおよびＳ２ｗとは、以下に説明する順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕおよび逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕと同様の動作により出力されるため、説明を省略する。

〈順方向ゲート指令信号の通電期間〉
図７に示すように、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖがハイレベルの時、トランジスタＴ６がオンするため、トランジスタＴ５はオフする。この時、トランジスタＴ１およびＴ２が、出力パルス信号Ｓ２０に合わせて動作することにより、出力パルス信号Ｓ２０のレベルと同一のレベルがトランジスタＴ２から出力される。

ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕがローレベルの時、トランジスタＴ３がオフするため、トランジスタＴ４がオンし、トランジスタＴ５はオフする。この時、トランジスタＴ１およびＴ２が、出力パルス信号Ｓ２０に合わせて動作することにより、出力パルス信号Ｓ２０のレベルと同一のレベルがトランジスタＴ２から出力される。

そして、トランジスタＴ２からの出力のレベルが反転されて、論理積信号Ｓ４１としてゲートパルス生成回路３１からパルストランス駆動回路３２に出力される。そして、論理積信号Ｓ４１がパルストランス駆動回路３２およびパルストランス３３を介することにより生成された順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕが、サイリスタ回路１０に伝達される。

〈順方向ゲート指令信号がローレベルの期間〉
図７に示すように、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖがローレベルの時、トランジスタＴ６がオフするため、トランジスタＴ５はオンする。この時、トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１の出力に関わらずオフするため、トランジスタＴ２の出力はハイレベルとなる。

ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕがハイレベルの時、トランジスタＴ３がオンするため、トランジスタＴ４がオフし、トランジスタＴ５はオンする。この時、トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１の出力に関わらずオフするため、トランジスタＴ２の出力はハイレベルとなる。

そして、トランジスタＴ２のハイレベルの出力が反転されて（ローレベルとして）、ゲートパルス生成回路３１からパルストランス駆動回路３２に出力される。すなわち、ローレベルの順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕが、サイリスタ回路１０に伝達される。

〈逆方向ゲート指令信号の通電期間〉
図７に示すように、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖがローレベルの時、トランジスタＴ７がオフする。この時、トランジスタＴ８およびＴ９が、出力パルス信号Ｓ２０に合わせて動作することにより、出力パルス信号Ｓ２０のレベルと同一のレベルがトランジスタＴ９から出力される。

ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕがハイレベルの時、トランジスタＴ３がオンするため、トランジスタＴ７がオフする。この時、トランジスタＴ８およびＴ９が、出力パルス信号Ｓ２０に合わせて動作することにより、出力パルス信号Ｓ２０のレベルと同一のレベルがトランジスタＴ９から出力される。

そして、トランジスタＴ９からの出力のレベルが反転されて、論理積信号Ｓ４２としてゲートパルス生成回路３１からパルストランス駆動回路３２に出力される。そして、論理積信号Ｓ４２がパルストランス駆動回路３２およびパルストランス３３を介することにより生成された逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕが、サイリスタ回路１０に伝達される。なお、逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕの通電期間が、順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕの通電期間と電気角６０度分オーバーラップする状態となっている。

〈逆方向ゲート指令信号がローレベルの期間〉
図７に示すように、ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖがハイレベルの時、トランジスタＴ７がオンする。この時、トランジスタＴ９は、トランジスタＴ８の出力に関わらずオフするため、トランジスタＴ９の出力はハイレベルとなる。

ＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕがローレベルの時、トランジスタＴ３がオフするため、トランジスタＴ７がオンする。この時、トランジスタＴ９は、トランジスタＴ８の出力に関わらずオフするため、トランジスタＴ９の出力はハイレベルとなる。

そして、トランジスタＴ９のハイレベルの出力が反転されて（ローレベルとして）、ゲートパルス生成回路３１からパルストランス駆動回路３２に出力される。すなわち、ローレベルの逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕが、サイリスタ回路１０に伝達される。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、ゲート指令信号出力部３０を、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、順方向サイリスタ１１を動作させる順方向ゲート指令信号Ｓ１と、順方向ゲート指令信号Ｓ１とオーバーラップする期間を有し逆方向サイリスタ１２を動作させる逆方向ゲート指令信号Ｓ２とを出力するように構成する。これにより、制御回路２２が配置される制御基板４１と、ゲート指令信号出力部３０が配置されるゲート指令基板４２とを、相極性パルス信号（ＵＶ間極性パルス信号Ｓ１１ｕｖ、ＶＷ間極性パルス信号Ｓ１１ｖｗおよびＷＵ間極性パルス信号Ｓ１１ｗｕ）の３本のケーブル４３により接続することができる。その結果、ケーブル４３の本数および制御回路２２の出力端子を、たとえば、６本から３本に削減することができるので、無停電電源装置１００の部品点数を削減することができる。また、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とは、通電期間の位相が互いに電気角の略６０度分ずれるため、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、互いに通電期間が電気角の略６０度分オーバーラップする順方向ゲート指令信号Ｓ１と逆方向ゲート指令信号Ｓ２とを生成することができる。その結果、通電期間がオーバーラップする期間では、順方向サイリスタ１１または逆方向サイリスタ１２がリップルを遮らずに（失弧せずに）、リップルを通過させることができるので、順方向サイリスタ１１または逆方向サイリスタ１２の失弧に起因する電流または電圧の歪みの発生を抑制することができる。

ここで、本実施形態とは別の構成として、ケーブルの本数および制御回路の出力端子を削減するために、３つの相間極性パルス信号を生成する制御回路を制御基板に設けて、３つの相間極性パルス信号を所定時間延長する延長回路とゲートパルス生成回路とパルストランスとをゲート指令基板に設ける無停電電源装置の構成が考えられる。この場合、この無停電電源装置では、延長された３つの相間極性パルス信号が、パルストランスに入力されて、順方向サイリスタを動作するためのゲート指令信号として、延長された３つの相間極性パルス信号のレベルを反転させた信号（論理否定信号）が、パルストランスに入力されて、逆方向サイリスタを動作するためのゲート指令信号として出力される。

また、上記したように、順方向サイリスタの導通期間と逆方向サイリスタの導通期間とがオーバーラップする期間は、電気角６０度以下にする必要がある。すなわち、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタの入力電源側で短絡が生じた場合に、インバータの相間で短絡する場合が生じる。このため、上記延長回路は、最大の周波数（最短のパルス幅）で順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタを駆動させる場合における電気角６０度分の所定の時間、相間極性パルス信号を延長するように構成される。すなわち、この無停電電源装置では、最大の周波数よりも小さい周波数（最短のパルス幅よりも大きいパルス幅）で順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタを駆動させる場合には、ハルス幅（時間）が大きくなる分、所定の時間（一定の時間）に対応する電気角の大きさが小さくなり、通電時間がオーバーラップする期間が電気角６０度未満になるという不都合がある。この場合、通電時間がオーバーラップする期間が小さくなる分、順方向サイリスタまたは逆方向サイリスタが失弧しやすくなるという問題点がある。

これに対して、本実施形態では、順方向サイリスタ１１および逆方向サイリスタ１２を駆動させる周波数（相電圧の周波数）が変化しても、周波数が変化した一の相間極性パルス信号と、周波数が変化した他の相間極性パルス信号とが組み合わされるので、常に通電期間を電気角の略６０度分オーバーラップさせることができる。その結果、相間極性パルス信号を所定時間分延長する延長回路を設ける場合と異なり、最大の周波数よりも小さい周波数（最短のパルス幅よりも大きいパルス幅）で順方向サイリスタ１１および逆方向サイリスタ１２を駆動させた場合でも、オーバーラップする期間が電気角６０度未満になるのを抑制することができる。したがって、部品点数を削減しながら、通電期間がオーバーラップする期間が電気角６０度未満になるのを抑制することにより、順方向サイリスタ１１または逆方向サイリスタ１２が失弧するのをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ゲート指令信号出力部３０を、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号との論理和である論理和信号Ｓ３１、Ｓ３３およびＳ３５に基づいて、順方向ゲート指令信号Ｓ１を出力するとともに、一の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号と他の相間極性パルス信号との論理和である論理和信号Ｓ３２、Ｓ３４およびＳ３６に基づいて、逆方向ゲート指令信号Ｓ２を出力するように構成する。これにより、論理和信号Ｓ３１（Ｓ３３、Ｓ３５）と論理和信号Ｓ３２（Ｓ３４、Ｓ３６）は、相間極性パルス信号の通電期間が電気角略６０度分延長された信号と同一の長さの期間となるので、順方向サイリスタ１１および逆方向サイリスタ１２が失弧するのを抑制することが可能な順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２を容易に出力することができる。

また、本実施形態では、上記のように、無停電電源装置１００に、所定の周波数の出力パルス信号Ｓ２０を出力する発振器２３をさらに備ける。そして、ゲート指令信号出力部３０を、論理和信号Ｓ３１（Ｓ３３、Ｓ３５）と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４１（Ｓ４３、Ｓ４５）を、順方向ゲート指令信号Ｓ１ｕ（Ｓ１ｖ、Ｓ１ｗ）として出力するとともに、論理和信号Ｓ３２（Ｓ３４、Ｓ３６）と出力パルス信号Ｓ２０との論理積信号Ｓ４２（Ｓ４４、Ｓ４６）を、逆方向ゲート指令信号Ｓ２ｕ（Ｓ２ｖ、Ｓ２ｗ）として出力するように構成する。これにより、順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２を出力パルス信号Ｓ２０に応じたパルス列として出力する場合にも、順方向サイリスタ１１または逆方向サイリスタ１２が失弧するのを抑制することが可能な順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２を容易に出力することができる。

また、本実施形態では、上記のように、インバータ回路２を、負荷１０３に出力される出力電力の力率を入力電源１０１からの交流電力よりも大きくなるように、入力電源１０１からの交流電力に無効電力を重畳させるように構成し、順方向サイリスタ１１および逆方向サイリスタ１２を、順方向ゲート指令信号Ｓ１および逆方向ゲート指令信号Ｓ２に基づいて、略無瞬断で、エコモード給電からインバータ給電に切り替えるように構成する。これにより、順方向サイリスタ１１または逆方向サイリスタ１２が失弧するのを抑制しながら、負荷１０３への電力の供給を停止することなく、エコモード給電からインバータ給電に切り替えることができる。そして、一の相間極性パルス信号と他の相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、順方向ゲート指令信号Ｓ１の通電期間と逆方向ゲート指令信号Ｓ２の通電期間とがオーバーラップする期間は、電気角６０度よりも大きくならないので、エコモード給電からインバータ給電に、略無瞬断で切り替えた場合でも、インバータ回路２の相間で短絡することを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御回路２２を、制御基板４１に設けて、ゲート指令信号出力部３０を、制御基板４１とは別個に設けられたゲート指令基板４２に設ける。また、無停電電源装置１００に、制御基板４１とゲート指令基板４２との間を接続するとともに、相間極性パルス信号（Ｓ１１ｕｖ、Ｓ１１ｖｗおよびＳ１１ｗｕ）を伝達するケーブル４３をさらに設ける。これにより、制御基板４１とゲート指令基板４２とを離間して配置した場合でも、ケーブル４３を用いて相間極性パルス信号を容易にゲート指令基板４２に伝達させることができる。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、エコモード給電の際に、バイパス回路を介した入力電源からの交流電力に、インバータ回路により無効電力を重畳させる例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、負荷に供給する交流電力の力率が略１の状態であれば、エコモード給電の際に、入力電源からの交流電力のみを負荷に供給してもよい。

また、上記実施形態では、発振器を無停電電源装置に設けて、ゲート指令信号出力部を、パルス列として構成される順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号を出力するように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、パルストランスが飽和しなければ、発振器を設けずに、ゲート指令信号出力部を、ゲートパルス生成回路からの論理和信号をパルストランス駆動回路およびパルストランスに入力して、順方向ゲート指令信号および逆方向ゲート指令信号を出力するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、図６に示すゲートパルス生成回路の論理回路の構成を、図７に示すトランジスタアレイにより実現する例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、図６に示すゲートパルス生成回路の論理回路が構成されていればよく、その他の電子部品を用いて図６のゲートパルス生成回路の論理回路の構成が実現されていてもよい。なお、トランジスタアレイを用いれば、部品点数の増加を抑制した状態で、ゲートパルス生成回路を構成することが可能になる。

１ コンバータ回路
２ インバータ回路
４ バイパス回路
１１、１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ 順方向サイリスタ
１２、１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ 逆方向サイリスタ
２２ 制御回路（相間極性パルス信号出力部）
２３ 発振器
３０ ゲート指令信号出力部
４１ 制御基板（第１の基板）
４２ ゲート指令基板（第２の基板）
４３ ケーブル
１００ 無停電電源装置
１０１ 入力電源
１０２ バッテリー

Claims (5)

1. 複数の相を有する入力電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
   前記コンバータ回路からの前記直流電力またはバッテリーからの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
   前記入力電源と負荷とを接続するバイパス回路と、
   前記バイパス回路の前記複数の相の各々に設けられ、前記入力電源からの交流電力の電圧変動に基づいて、前記入力電源および前記インバータ回路のうちの少なくとも前記入力電源による給電と、前記インバータ回路による給電とを切り替える、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタと、
   前記入力電源の相間電圧に基づいて相間極性パルス信号を出力する相間極性パルス信号出力部と、
   一の前記相間極性パルス信号と他の前記相間極性パルス信号とを組み合わせることにより、前記順方向サイリスタを動作させる順方向ゲート指令信号と、前記順方向ゲート指令信号の通電期間と通電期間がオーバーラップする前記逆方向サイリスタを動作させる逆方向ゲート指令信号とを出力するゲート指令信号出力部とを備える、無停電電源装置。
2. 前記ゲート指令信号出力部は、前記一の相間極性パルス信号と前記他の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号との論理和である第１論理和信号に基づいて、前記順方向ゲート指令信号を出力するとともに、前記一の相間極性パルス信号のレベルを反転した信号と前記他の相間極性パルス信号との論理和である第２論理和信号に基づいて、前記逆方向ゲート指令信号を出力する、請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 所定の周波数の出力パルス信号を出力する発振器をさらに備え、
   前記ゲート指令信号出力部は、前記第１論理和信号と前記出力パルス信号との論理積を、前記順方向ゲート指令信号として出力するとともに、前記第２論理和信号と前記出力パルス信号との論理積を、前記逆方向ゲート指令信号として出力する、請求項２に記載の無停電電源装置。
4. 前記インバータ回路は、前記負荷に出力される出力電力の力率が前記入力電源からの交流電力よりも大きくなるように、前記入力電源からの交流電力に無効電力を重畳させるように構成されており、
   前記順方向サイリスタおよび前記逆方向サイリスタは、前記順方向ゲート指令信号および前記逆方向ゲート指令信号に基づいて、略無瞬断で、少なくとも前記入力電源による給電から前記インバータ回路による給電に切り替える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
5. 前記相間極性パルス信号出力部は、第１の基板に設けられており、
   前記ゲート指令信号出力部は、前記第１の基板とは別個に設けられた第２の基板に設けられており、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間を接続するとともに、前記相間極性パルス信号を伝達するケーブルをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無停電電源装置。

Images